СПОСОБ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ ШВОВ ТРУБ НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ Российский патент 2007 года по МПК B23C3/04 B23C7/02 B23K37/08 

Изобретение относится к технологии токарной обработки преимущественно внутренних поверхностей сварных швов труб с получением стабильно воспроизводимых конфигураций поверхностей с одновременным обеспечением высокой чистоты поверхности. Такие требования к токарной обработке внутренних поверхностей сварных швов возникают при массовом производстве высокоответственных трубчатых изделий для канальных ядерных реакторов, например, в циркониевых частях каналов с приваренными на концах переходниками, к которым предъявляются высокие требования по геометрии и шероховатости внутренней поверхности.

Цирконий и сплавы на его основе нельзя шлифовать абразивными материалами, т.к. они резко понижают коррозионные свойства циркониевой поверхности в горячей воде и паре.

При традиционной токарной обработке внутренних поверхностей сварных швов расточными резцами трудно получить высокую воспроизводимость качественной внутренней поверхности сварного шва. Трудности токарной обработки сварных швов в трубах связаны с тем, что в процессе сварки на внутренней поверхности швов образуются хаотично чередующиеся наплывы и провисания, при токарной обработке которых возникают неравномерные нагрузки на резце, которые вызывают частые удары, что приводит в итоге к дроблению и образованию недопустимой шероховатости внутренней поверхности сварного шва, что усугубляется при увеличении расстояния расположения сварного шва от торца трубы.

Все известные по классу В23В 35/00 приспособления для токарной обработки внутренних поверхностей, например, в трубах не обеспечивают высоких требований при токарной обработке внутренней поверхности сварного шва циркониевой части канала ядерного реактора РБМК-1000 как по воспроизводимости геометрии мениска, так и по чистоте обработки поверхности при массовом производстве.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии токарной обработки, которая позволяет сократить до минимума дробление металла при обработке неровностей поверхности сварного шва и пришовной зоны с получением в результате правильной формы мениска глубиной не более 0,5 мм и одновременно обеспечивает получение высокой чистоты при обработке поверхности металла.

Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, состоит в создании технологии токарной обработки с применением приспособления к токарному станку, обеспечивающего процесс резания, сочетающий в себе одновременно два вида резания: тонкое фрезерование по всей площади сварного шва и пришовной зоны и тонкую токарную обработку за счет минимальной, не превышающей 1 микрона подачи инструмента (с помощью поперечной подачи суппорта) на один оборот обрабатываемой трубы, что позволяет стабильно получать необходимую пологую форму мениска в области сварного шва и требуемую чистоту обработки получаемой поверхности практически мало зависимую от квалификации токаря.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки сварных швов труб на токарном станке, включающем вращение трубы и ввод в нее режущего инструмента, используют приспособление в виде втулки, в которой на подшипниках установлен вал, к боковой поверхности втулки жестко прикреплена пластина, предназначенная для закрепления в суппорте токарного станка, режущий инструмент выполняют в виде цилиндрической фрезы, заточенной по пологой дуге и установленной на одном конце упомянутого вала, при этом на противоположном конце вала устанавливают устройство для соединения с валом электродвигателя, установленного на отдельной плите, предназначенной для закрепления в упомянутом суппорте токарного станка, устанавливают фрезу до совпадения поперечной оси ее симметрии с осью симметрии сварного шва, перемещают фрезу до касания с наиболее выступающей внутрь частью сварного шва, а затем включают вращение фрезы от электродвигателя и перемещают ее в поперечном к трубе направлении;

- кроме того, упомянутое устройство для соединения с валом электродвигателя выполняют в виде шкива для клиноременной передачи;

- кроме того, в плите для установки электродвигателя выполняют продольные прорези под крепежные болты, предназначенные для перемещения электродвигателя при одевании и снятии клиновых ремней со шкивов.

Сущность изобретения поясняется схематическим чертежом фрагмента токарного станка с приспособлениями, установленными в резцедержателе станка.

Приспособления содержат: державку 1 в виде вращающегося вала, на консольном конце которого закреплена цилиндрическая фреза 2, заточенная по пологой дуге, а на другом конце вала установлен шкив 3, соединенный клиновым ремнем 4 со шкивом 5 электродвигателя 6. Державка 1 установлена на подшипниках во втулке 7 и при работе закрепляется нажимными винтами 8 в резцедержателе 9 токарного станка посредством г-образной пластины 10, жестко соединенной с втулкой 7, например, с помощью сварки.

Электродвигатель 6 установлен на пластине 11, закрепляемой четырьмя нажимными винтами 8 в резцедержателе 9 токарного станка.

Заявленный способ используют в тех случаях, когда требуется чистовая безабразивная обработка сварных швов, преимущественно на внутренней поверхности трубы, например, в циркониевых частях каналов ядерных реакторов после электроннолучевой сварки труб из циркониевого сплава с концевыми деталями, например, при сварке трубы с переходными биметаллическими втулками (переходниками) цирконий-нержавеющая сталь, позволяющие соединять циркониевые части каналов, находящиеся в активной зоне реактора, с нержавеющими частями каналов, находящиеся вне активной зоны.

Способ обработки сварных швов труб на токарном станке с использованием заявляемых приспособлений для чистовой обработки сварных швов производится в следующем порядке. Для чистовой безабразивной обработки преимущественно внутренних поверхностей сварных швов циркониевую трубу с приваренными биметаллическими переходниками цирконий-сталь вставляют в отверстие шпинделя токарного станка. Центрируют и закрепляют в кулачках токарного патрона 12. Державку 1 с цилиндрической фрезой 2, заточенной по пологой дуге, закрепляют с помощью г-образной пластины 10 в резцедержателе 9. В этом же резцедержателе 9 закрепляют пластину 11 с установленным на ней электродвигателем 6, после чего за счет перемещения электродвигателя вдоль прорезей в плите путем ослабления крепежных болтов одевают на шкивы 3 и 5 клиновой ремень 4, который натягивают обратным перемещением электродвигателя 6 с последующим его креплением на плите 11. С помощью продольного и поперечного перемещения суппорта 13 токарного станка вводят в отверстие переходника цирконий-сталь 14 державку 1 с фрезой 2 и устанавливают фрезу 2 таким образом, чтобы ее поперечная ось симметрии совпадала с поперечной осью симметрии сварного шва 16, соединяющего циркониевую трубу 15 с переходником 14. После этого включают малые обороты шпинделя с патроном 12 и с помощью маховичка 17 поперечной подачи суппорта 13 медленно перемещают фрезу 2 до тех пор пока она не коснется наиболее выступающей внутрь трубы части сварного шва 16. С момента первого касания фрезой 2 сварного шва 16 включают вращение фрезы 2 путем включения электродвигателя 6 и медленно не более 0,5 мкм на один полный оборот шпинделя подают фрезу 2, при этом скорость вращения шпинделя подбирают опытным путем, добиваясь наилучшего качества внутренней поверхности сварного шва с точки зрения чистоты его обработки.

Пример выполнения

Обрабатывали на токарном станке внутренние поверхности сварных швов в средних частях каналов ядерного реактора РБМК-1000. Средняя часть канала представляет собой циркониевую трубу диаметром 88 мм и с толщиной стенки 4 мм с приваренными к ней по концам биметаллическими втулками (переходниками) цирконий сталь. В качестве режущего элемента использовали цилиндрическую фрезу диаметром 60 мм и шириной 60 мм, которую затачивали по пологой дуге радиусом 150 мм. В качестве державки использовали вал диаметром 40 мм. Вал устанавливали на радиальноупорных подшипниках во втулке диаметром 110 мм. Предварительно к втулке приварили пластину для крепления вращающейся державки в резцедержателе токарного станка. Втулку с пластиной после сварки отожгли, после чего произвели ее расточку под установку подшипников. На противоположном от фрезы конце вращающейся державки установили понижающий обороты шкив для клиноременной передачи. Собранное приспособление с помощью пластины установили в резцедержателе и зажали четырьмя нажимными винтами в резцедержателе. После этого на отдельной плите установили электродвигатель со шкивом под клиноременную передачу, после чего плиту закрепили в резцедержателе с помощью четырех оставшихся свободными нажимных винтов таким образом, чтобы шкивы вращающейся оправки и электродвигателя оказались в одной плоскости. После установки плиты за счет перемещения электродвигателя по прорезям в плите на шкивы надевали клиновой ремень и обратным перемещением двигателя его натянули, а двигатель закрепили.

За счет поперечного и продольного перемещения суппорта ввели державку с фрезой в отверстие переходника цирконий-сталь и установили фрезу максимальным наружным диаметром строго по оси сварного шва. После этого включили вращение шпинделя станка и осторожно перемещали суппорт в поперечном направлении до тех пор, пока один максимально выступающий наплыв сварного шва не коснулся фрезы. После касания фрезой сварного шва включили вращение фрезы и с помощью поперечной подачи суппорта медленно перемещали фрезу, постепенно удаляя наплывы на внутренней поверхности сварного шва. После полного удаления наплывов на крайне малом перемещении фрезу ввели в тело стенки трубы на глубину 200 мкм, после чего фрезу отвели от стенки и выключили вращение шпинделя и фрезы.

Осмотр места обработки сварного шва с помощью перископа показал, что обработанная поверхность сварного шва шириной 12 мм имеет ровную глянцевую поверхность, что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к внутренней поверхности циркониевой части канала ядерного реактора РБМК-1000.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, обработке трубчатых изделий для канальных ядерных реакторов. Способ включает вращение трубы и ввод в нее режущего инструмента. Для сокращения до минимума дробления метала при обработке неровностей поверхности сварного шва и пришовной зоны и получение высокой чистоты обработанной поверхности используют приспособление в виде втулки, в которой на подшипниках установлен вал, к боковой поверхности втулки жестко прикреплена пластина, предназначенная для закрепления в суппорте токарного станка. Режущий инструмент выполняют в виде цилиндрической фрезы, заточенной по пологой дуге и установленной на одном конце упомянутого вала. При этом на противоположном конце вала устанавливают устройство для соединения с валом электродвигателя, установленного на отдельной плите, предназначенной для закрепления в упомянутом суппорте токарного станка. Устанавливают фрезу до совпадения поперечной оси ее симметрии с осью симметрии сварного шва, перемещают фрезу до касания с наиболее выступающей внутрь частью сварного шва, а затем включают вращение фрезы от электродвигателя и перемещают ее в поперечном к трубе направлении. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки сварных швов труб на токарном станке, включающий вращение трубы и ввод в нее режущего инструмента, отличающийся тем, что используют приспособление в виде втулки, в которой на подшипниках установлен вал, к боковой поверхности втулки жестко прикреплена пластина, предназначенная для закрепления в суппорте токарного станка, режущий инструмент выполняют в виде цилиндрической фрезы, заточенной по пологой дуге и установленной на одном конце упомянутого вала, при этом на противоположном конце вала устанавливают устройство для соединения с валом электродвигателя, установленного на отдельной плите, предназначенной для закрепления в упомянутом суппорте токарного станка, устанавливают фрезу до совпадения поперечной оси ее симметрии с осью симметрии сварного шва, перемещают фрезу до касания с наиболее выступающей внутрь частью сварного шва, а затем включают вращение фрезы от электродвигателя и перемещают ее в поперечном к трубе направлении.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое устройство для соединения с валом электродвигателя выполняют в виде шкива для клиноременной передачи.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в плите для установки электродвигателя выполняют продольные прорези под крепежные болты, предназначенные для перемещения электродвигателя при одевании и снятии клиновых ремней со шкивов.